新型雙層排水管道下層管道的水力計(jì)算和特性研究.pdf

1、排水管道是城鎮(zhèn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)的基本組成部分，對(duì)整個(gè)城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)的投資成本、用地及運(yùn)行維護(hù)等有著至關(guān)重要的影響。目前國內(nèi)外普遍采用截留式合流制和分流式城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)，存在溢流水污染或初期降雨徑流污染問題，而發(fā)展中的截留式分流制及完全截留式合流制等由于造價(jià)高、占地多等原因尚難推廣，因此研發(fā)自身具備徑流污染截流和控制功能的新型排水系統(tǒng)具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　筆者所在的課題組提出和開發(fā)了一種基于新型雙層排水管道和

2、雙層檢查井的合建分流式排水系統(tǒng)，具有在線截流初期雨水且不產(chǎn)生雨污混合溢流水的功能。由于采用在雙層管道中設(shè)置隔層，從而使下層管道斷面存在一個(gè)下凹的上弧頂，并使其流體的水力特性具有特殊性。本文針對(duì)這一問題，采取理論分析和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)下層異形斷面管道的水力計(jì)算和水力特性等問題進(jìn)行了研究，取得了以下主要研究成果：
　　①結(jié)合水力學(xué)原理和管道斷面形狀，對(duì)新型雙層排水管道下層管道的水力計(jì)算進(jìn)行了理論分析，對(duì)中間隔層的變化對(duì)上下層管道水

3、力參數(shù)的影響進(jìn)行了分析，并對(duì)特定斷面的下層管道與等過水面積圓管的計(jì)算進(jìn)行了分析，獲得了重要的基本認(rèn)識(shí)。對(duì)常見斷面水力參數(shù)計(jì)算公式進(jìn)行了總結(jié)，結(jié)合斷面幾何特征進(jìn)行分析和推導(dǎo)，求得了0.50R系列標(biāo)準(zhǔn)蛋形雙層排水管道下層管道的水力要素的計(jì)算公式及其臨界水深的一般計(jì)算方法，其中0.5RH1型下層管道非滿流時(shí)在充滿度為0.1和0.5處分為三段，0.5RH2型管道下層管道非滿流時(shí)在充滿度為0.1651和0.8256處分為三段，0.5RH3型管道下

4、層管道非滿流時(shí)在充滿度為0.1339和0.8368處分為三段，0.5RH4型管道下層管道非滿流時(shí)在充滿度為0.1136和0.8523處分為三段，根據(jù)幾何形狀特征求解得到了水力參數(shù)在不同充滿度時(shí)的計(jì)算公式；對(duì)0.50R系列的蛋形雙層排水管道進(jìn)行對(duì)比分析，得到下層管道與上層管道的滿流時(shí)面積比比值在0.37～0.92之間，濕周比比值在0.75～1.27之間，流量比比值在0.23～0.80之間，流速比比值在0.51～0.88之間，二者的最大流速

5、比比值在0.76～1.05之間，最大流量比比值0.29～1.1之間。隔層位置高度變化對(duì)管道的水力參數(shù)影響較為顯著，隔層弧度變化對(duì)水力參數(shù)的影響較小。0.50RH4型蛋形雙層排水管道的下層管道與等斷面面積的圓管滿流時(shí)，下層管道的流量和流速均是圓形管道的0.878倍，雙層管道下層管道的最大流量和流速分別是圓形管道的1.02倍和1.043倍，并且圓形管道在高度和寬度上比較小，更有利于地下管線的綜合布置。
　　②通過對(duì)0.50R系列蛋形雙

6、層排水管道下層管道水力參數(shù)的計(jì)算分析，得到相關(guān)主要水力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律，即濕周隨著充滿度的增加呈單一變化趨勢，水力半徑、流速和流量則在起始階段隨著充滿度的增加而增加，但當(dāng)水深接觸到頂弧后，會(huì)隨著充滿度的增加而減少；隔層弧度相同但位置不同時(shí)，水力參數(shù)的變化規(guī)律比較一致，水力半徑、流速和流量等會(huì)隨著隔層高度的增加而增大。
　?、坩槍?duì)上述分析開展了雙層管道下層流體的水力實(shí)驗(yàn)，獲得了下層管道流體水力學(xué)特性的實(shí)證認(rèn)識(shí)。結(jié)果表明：管道流量隨著